上海桑塔納轎車(chē)霍爾傳感器問(wèn)題導(dǎo)致加速無(wú)力的故障診斷與排除

曾偉峰

惠州市公共汽車(chē)總公司汽車(chē)修配廠，廣東 惠州 516000

0 引言

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)采用了電子控制以后，使汽車(chē)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性等方面得到很大改善。但是使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制原理變得更加復(fù)雜，從而給汽車(chē)故障的診斷與排除的難度大大增加。對(duì)采用電子控制的汽車(chē)進(jìn)行維修，除了有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、靈活的思維之外，還要有耐心、專心、細(xì)心，并且要懂得結(jié)合利用先進(jìn)的檢測(cè)儀器來(lái)檢測(cè)分析，這樣碰到問(wèn)題才能迎刃而解。

1 故障現(xiàn)象

2010年6月的一天，一輛上海桑塔納2000GSi轎車(chē)開(kāi)到我們廠檢修。該車(chē)裝配1.8L 2VQS AJR型發(fā)動(dòng)機(jī)，行駛里程約12萬(wàn)km，出現(xiàn)了動(dòng)力不足，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。我們接車(chē)到后，根據(jù)車(chē)主的反應(yīng)以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的情況后，分析認(rèn)為應(yīng)該是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部出問(wèn)題，于是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)拆解檢查。在檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)氣缸套與活塞環(huán)已經(jīng)嚴(yán)重磨損，就決定對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行一次大修。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)大修竣工后，進(jìn)行試車(chē)時(shí)，發(fā)現(xiàn)車(chē)速達(dá)到110km/h以后提速困難，并且發(fā)動(dòng)機(jī)有抖動(dòng)的感覺(jué)。

2 故障原因初步分析

從故障現(xiàn)象分析，故障應(yīng)該發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)上。桑塔納2000GSi轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)是采用微機(jī)來(lái)控制的。由于發(fā)動(dòng)機(jī)剛進(jìn)行大修過(guò)，更換了新的氣缸套、活塞、活塞環(huán)、進(jìn)排氣門(mén)、氣門(mén)座圈、氣門(mén)油封等主要部件，并且在裝配前所有的新件都進(jìn)行了檢查過(guò)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問(wèn)題。故障出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)上的可能性比較大。

從電控發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理分析，造成車(chē)速上不去的原因可能有以下幾個(gè)方面：

1）燃油供給系統(tǒng)油壓偏低

桑塔納2000GSi轎車(chē)采用電子控制多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)燃油壓力要求很高。供油壓力過(guò)低，汽車(chē)在高速時(shí)不能供應(yīng)足夠的燃油去滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的需要量，造成發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，車(chē)速上不去。

2）氣缸壓力低

氣缸套與活塞環(huán)、進(jìn)排氣門(mén)與氣門(mén)座密封不嚴(yán)，會(huì)造成漏氣，使氣缸壓力降低。氣缸的壓縮壓力降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力也會(huì)不足，使車(chē)速上不去。

3）混合氣偏稀

如果進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣或其它原因造成的混合氣過(guò)稀，也會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，車(chē)速上不去。

4）點(diǎn)火不正時(shí)

汽車(chē)在高速時(shí)，如果點(diǎn)火正時(shí)不正確，使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的可燃混合氣在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻被點(diǎn)燃，從而造成混合氣燃燒后產(chǎn)生的壓力嚴(yán)重不足，影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，使車(chē)速上不去。

5）發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障

該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火、噴油、怠速等都是由電控單元ECU控制的，如果某一傳感器、執(zhí)行器或ECU出現(xiàn)故障，也可能會(huì)造成以上的故障。

3 故障診斷與排除方法

我們根據(jù)以上分析，對(duì)有可能產(chǎn)生故障的部分進(jìn)行檢測(cè)：

1）燃油供給系統(tǒng)的檢測(cè)

在燃油分配管和壓力油進(jìn)口橡膠管連接處斷開(kāi)，串入燃油壓力表，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)檢查燃油壓力，怠速狀態(tài)油壓表顯示為0.25MPa。加油門(mén)時(shí)油壓表指針在0.28MPa～0.30MPa之間擺動(dòng)。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)10min后，燃油系統(tǒng)保持壓力為0.16MPa，油壓值均符合標(biāo)準(zhǔn)，可以判定燃油泵工作性能良好，進(jìn)油管路通暢，油壓調(diào)節(jié)器正常。檢測(cè)各噴油嘴，噴油良好。

2）氣缸壓力的檢測(cè)

在檢測(cè)氣缸壓力時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油至少30℃，節(jié)氣門(mén)應(yīng)全開(kāi)（開(kāi)度達(dá)100%），用氣缸壓力表逐個(gè)測(cè)量氣缸壓力，其壓力都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（壓力標(biāo)準(zhǔn)為1000kPa～1300kPa）。

3）進(jìn)氣系統(tǒng)的檢測(cè)

對(duì)進(jìn)氣管路、各真空管進(jìn)行檢查，均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)脫、裂、漏或錯(cuò)接的情況。

4）點(diǎn)火系統(tǒng)的檢測(cè)

拔下各缸高壓線插上備用火花塞，高壓線與點(diǎn)火線圈連接，轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)使起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察各缸火花均是藍(lán)火，火花很強(qiáng)。從發(fā)動(dòng)機(jī)拆下火花塞，火花塞間隙正常，電極部分燃燒良好，呈棕黃色，瓷絕緣良好；測(cè)量高壓線電阻正常（5kΩ～6kΩ）。裝上火花塞、高壓線，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后進(jìn)行斷火試驗(yàn)，各缸均工作。

4 電控系統(tǒng)的檢測(cè)

使用電眼睛x-431電腦檢測(cè)儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元，查詢故障存儲(chǔ)器，但結(jié)果沒(méi)有故障代碼記憶，顯示系統(tǒng)正常。接著讀取發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)流以及檢測(cè)各個(gè)傳感器的工作狀況。

4.1 空氣流量傳感器的檢測(cè)

該發(fā)動(dòng)機(jī)的基本供油量是由發(fā)動(dòng)機(jī)的電控單元ECU根據(jù)空氣流量傳感器送來(lái)的信號(hào)控制的。用電眼睛x-431電腦檢測(cè)儀對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)流。檢測(cè)該車(chē)怠速時(shí)空氣流量計(jì)信號(hào)為2g/s～5g/s，慢加速時(shí)為14g/s左右，急加油達(dá)到40g/s，大負(fù)荷時(shí)達(dá)到60g/s～70g/s，這數(shù)據(jù)都符合標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明空氣流量傳感器工作正常。

4.2 氧傳感器的檢測(cè)

檢測(cè)氧傳感器反饋信號(hào)電壓，該信號(hào)電壓能夠在0.1V～1.0V之間波動(dòng)，反映快慢:怠速時(shí)（＞10次/min）；2500（轉(zhuǎn)/min）時(shí)電壓變化次數(shù)不少于8次/10s，加熱電阻阻值4Ω，正常。

4.3 節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的檢測(cè)

怠速時(shí)節(jié)氣門(mén)角度值為0°～5°，正常。節(jié)氣門(mén)角度慢慢開(kāi)大時(shí)負(fù)荷信號(hào)值也都在正常范圍內(nèi)。

4.4 點(diǎn)火提前角的檢測(cè)

怠速時(shí)為10°左右，在正常范圍內(nèi)（正常值為12±4.5°）。

4.5 冷卻液溫度傳感器的檢測(cè)

檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器，其電阻值符合要求。正常值冷態(tài)時(shí)為1080Ω～2750Ω，熱態(tài)時(shí)為50Ω～500Ω。

4.6 曲軸位置傳感器的檢測(cè)

用萬(wàn)用表測(cè)量曲軸位置傳感器的感應(yīng)線圈電阻，阻值為680Ω，正常。

5 霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理與檢測(cè)

該車(chē)的霍爾傳感器是安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的前端，凸輪軸齒形帶輪的下方。

1）霍爾傳感器的組成

該車(chē)的霍爾傳感器主要由凸輪軸帶動(dòng)的觸發(fā)葉輪、永久磁鐵、霍爾元件等組成，如圖1所示。

圖1 霍爾傳感器的組成

2）霍爾傳感器的工作原理

霍爾信號(hào)發(fā)生器工作原理圖見(jiàn)圖2所示。

凸輪軸帶動(dòng)觸發(fā)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)葉片進(jìn)入磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時(shí)，磁場(chǎng)被旁路，霍爾元件不產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾集成電路末級(jí)三極管截止，信號(hào)發(fā)生器輸出高電位；當(dāng)觸發(fā)葉輪離開(kāi)空氣隙，永久磁鐵的磁力線通過(guò)霍爾元件而產(chǎn)生霍爾電壓，集成電路末級(jí)三極管導(dǎo)通，信號(hào)發(fā)生器輸出低電位。葉片隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)矩形波信號(hào)，輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元ECU作為第一缸活塞壓縮上止點(diǎn)的位置信號(hào)。

圖2 霍爾發(fā)生器的工作原理

1-觸發(fā)葉輪的葉片；2-霍爾集成塊；3-永久磁鐵；4-霍爾傳感器；5-導(dǎo)磁板

3）霍爾傳感器的檢測(cè)

圖3 霍爾傳感器與ECU的線路連接圖

霍爾式傳感器與ECU有三條引線相連，如圖3所示。其中一條是ECU向傳感器加電壓的電源線，輸入傳感器的電壓接近蓄電池電壓；另一條是傳感器的輸出信號(hào)線，當(dāng)觸發(fā)葉輪通過(guò)傳感器時(shí)，霍爾傳感器輸出信號(hào)，高電位為5V，低電位為0.3V；第三條是通往傳感器的接地線。

（1）傳感器電源電壓的檢測(cè)

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“ON”，用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量“+”和“-”端子的電壓，測(cè)得的電壓接近蓄電池電壓，正常。

（2）端子間電壓的檢測(cè)

用萬(wàn)用表的電壓檔，對(duì)傳感器的“+”、“-”、“信號(hào)”三個(gè)端子間進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“ON”時(shí)，“+”和“-”端子間的電壓值接近蓄電池電壓；“信號(hào)”和“-”端子間的電壓值在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在0.3-5V之間變化，且數(shù)值顯示呈脈沖性變化，最高電壓5v，最低電壓0.3V，正常。

（3）電阻檢測(cè)

點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“OFF”位置，拔下霍爾傳感器導(dǎo)線連接器，用萬(wàn)用表Ω檔跨接在傳感器側(cè)的端子“+”與“信號(hào)”或“+”與“-”間，此時(shí)萬(wàn)用表顯示讀數(shù)為∞（開(kāi)路），正常。如果指示有電阻，則應(yīng)更換霍爾傳感器。

從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，電控系統(tǒng)以及各傳感器的工作都正常。那么造成故障的原因到底出現(xiàn)在什么地方呢？經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析后認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)速上不去，除了電控系統(tǒng)存在故障以外，點(diǎn)火正時(shí)不對(duì)也會(huì)出現(xiàn)此類故障，于是懷疑是不是裝配的過(guò)程中正時(shí)沒(méi)對(duì)好？于是拆開(kāi)正時(shí)罩殼檢查，將正時(shí)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)到與曲軸上齒形帶輪的上止點(diǎn)標(biāo)記對(duì)齊，凸輪軸上的標(biāo)記也剛好對(duì)齊，這證明在裝配的時(shí)候沒(méi)有裝錯(cuò)。此時(shí)診斷工作似乎陷入了困境。

接著我們想到通過(guò)波形信號(hào)來(lái)查找原因。檢測(cè)霍爾傳感器波形信號(hào)，波形正常。再檢測(cè)曲軸位置傳感器波形信號(hào)，波形也正常。進(jìn)一步分析，AJR發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火控制是發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU根據(jù)霍爾傳感器信號(hào)、曲軸位置傳感器信號(hào)共同來(lái)確定點(diǎn)火時(shí)間的，發(fā)現(xiàn)忽略了一個(gè)重要的細(xì)節(jié)，即霍爾傳感器信號(hào)和曲軸位置信號(hào)的同步性。雖然從單個(gè)信號(hào)看，都正常的。但如果兩個(gè)信號(hào)不同步，將直接影響點(diǎn)火正時(shí)。于是用發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀的雙通道示波器對(duì)上述兩個(gè)傳感器信號(hào)同步進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示兩個(gè)信號(hào)是不同步的。決定再檢查這兩個(gè)傳感器。拆開(kāi)正時(shí)罩殼，將霍爾傳感器從發(fā)動(dòng)機(jī)上拆下檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)霍爾傳感器的霍爾元件外表面有刮傷的痕跡。再仔細(xì)檢查安裝在凸輪軸齒形帶輪后的觸發(fā)葉輪，發(fā)現(xiàn)觸發(fā)葉輪有嚴(yán)重的變形，造成在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磨擦到了霍爾元件的外表面。將其從發(fā)動(dòng)機(jī)上拆下并進(jìn)行校正，校正好后將觸發(fā)葉輪和霍爾傳感器裝回，所有零部件安復(fù)好后試車(chē)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)汽車(chē)提速正常、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，故障消除。

6 故障排除結(jié)果分析

該車(chē)可能在大修發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，拆解出來(lái)的觸發(fā)葉輪沒(méi)有注意保存好而被其它較重大的零部件擠壓導(dǎo)致變形，變形后在裝復(fù)的過(guò)程中又沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。由于觸發(fā)葉輪的變形，導(dǎo)致在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中晃動(dòng)，從而影響了霍爾傳感器的輸出信號(hào)。由于霍爾傳感器信號(hào)為發(fā)動(dòng)機(jī)的第一缸活塞壓縮行程的上止點(diǎn)位置信號(hào)，所以霍爾傳感器的觸發(fā)葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)晃動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生周而復(fù)始的、錯(cuò)誤的上止點(diǎn)位置信號(hào)。這個(gè)錯(cuò)誤的信號(hào)送入到電控單元ECU后，ECU根據(jù)這個(gè)信號(hào)以及曲軸的位置信號(hào)作出判斷并對(duì)點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行控制，結(jié)果造成ECU發(fā)出的點(diǎn)火控制指令不正確。由于AJR型發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是連續(xù)點(diǎn)火方式，使得可燃混合氣體在氣缸內(nèi)不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻點(diǎn)燃，從而造成燃?xì)鈮毫?yán)重不足，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，結(jié)果造成加速無(wú)力。

[1]于明進(jìn)，等主編.汽車(chē)電氣設(shè)備構(gòu)造與維修[M].高等教育出版社，2006.

[2]石聿俊主編.桑塔納轎車(chē)構(gòu)造與維修[M].高等教育出版社，2000.